Silnik Quasiturbine lub Qurbine to rodzaj silnika czysto obrotowego (bez wału korbowego lub promieniowego efektu posuwisto-zwrotnego, w przeciwieństwie do silnika Wankla, który jest silnikiem z tłokiem obrotowym ), wynaleziony przez rodzinę Quebec Gilles Saint-Hilaire i początkowo opatentowany w swoim najbardziej wersja ogólna AC z wózkami, w 1996 i 2003 roku . Ten silnik bez wału korbowego wykorzystuje przegubowy wirnik z czterema powierzchniami obracającymi się w owalu i tworzący komory o zwiększającej się i malejącej objętości podczas obrotu. Środek wirnika jest wolny i dostępny, a wirnik obraca się bez wibracji i czasu martwego, wytwarzając wysoki moment obrotowy silnika przy niskiej prędkości. Może być w stanie działać na różnych paliwach . Wysoki koszt tolerancji konstrukcji Quasiturbine jest obecnie ogranicza działanie w silniku sprężonego powietrza , silnik parowy , sprężarki gazu lub pomp trybach .
Stanowi również teorię optymalizacji koncepcji silników kompaktowych i wydajnych. Zespół badawczy Quasiturbine początkowo sporządził listę trzydziestu defektów tłoków i tyle samo wad silnika Wankla . Ogólna koncepcja Quasiturbine jest wynikiem wysiłków zmierzających do ulepszenia tych dwóch silników poprzez usunięcie ograniczającego sinusoidalnego wału korbowego i zaoferowanie do siedmiu stopni swobody konstrukcji. Nieokreśloność geometryczna, która pozwala na różne kształty (w tym asymetryczne) stojana ograniczającego Quasiturbine.
W silniku quasiturbine cztery suwy typowego cyklu Beau de Rochas (cykl Otto ) są rozmieszczone sekwencyjnie wokół quasi-owalu, w przeciwieństwie do ruchu posuwisto-zwrotnego silnika tłokowego . W podstawowym silniku quasiturbine z pojedynczym wirnikiem, quasi-owalny stojan otacza czterostronny wirnik przegubowy, który obraca się odkształcając się dokładnie podążając za konturem obudowy. Wirnik jest uszczelniony uszczelkami na ścianach bocznych i uszczelkami konturowymi na wewnętrznym obwodzie stojana, stanowiąc cztery komory o zmiennej objętości. W przeciwieństwie do silnika Wankla , którego wał korbowy przesuwa promieniowo powierzchnie tłoka obrotowego kolejno do wewnątrz i na zewnątrz, powierzchnie wirnika quasiturbiny przechylają się naprzemiennie w stosunku do promienia silnika, ale pozostają w stałej odległości od środek silnika, silnik przez cały czas obracania, wytwarzający czystą styczną siłę obrotową. Ponieważ quasiturbine nie ma wału korbowego , zmiany objętości wewnętrznej niekoniecznie następują po zwykłym sinusoidalnym ruchu silników, nadając jej właściwości bardzo różniące się od charakterystyk silnika tłokowego lub Wankla. W przeciwieństwie do pomp łopatkowych, które na ogół mają duży skok łopatek i na które wywierany jest nacisk w celu wygenerowania obrotu, uszczelnienia konturowe Quasiturbine mają minimalny skok, a ruch obrotowy nie wynika z dociskania do nich.
Gdy wirnik się obraca, jego odkształcenie i kształt stojana powodują, że każda sekcja stojana jest coraz bliżej i dalej od siebie, ściskając w ten sposób i rozluźniając komory, podobnie jak „czasy pracy silnika” związane z tłokiem posuwisto-zwrotnym. Jednakże, podczas gdy czterosuwowy silnik tłokowy wytwarza jedno spalanie na cylinder co dwa obroty, tj. Połowę mocy spalania na jeden obrót na cylinder, cztery komory wirnika quasiturbine wytwarzają czterokrotnie spalanie na jeden obrót wirnika silnika.
Według projektantów silniki quasiturbine są prostsze, ponieważ nie zawierają kół zębatych i mają znacznie mniej ruchomych części. Na przykład, ponieważ wlot i wylot są prostymi otworami w stojanie, nie ma zaworu ani połączenia. Ta prostota, mały i kompaktowy rozmiar pozwala zaoszczędzić na kosztach budowy.
Jego środek ciężkości jest nieruchomy podczas obrotu, quasiturbine nie wibruje lub bardzo słabo. Ze względu na nieprzerwany cykl bez przestojów, Quasiturbine może być zasilana sprężonym powietrzem lub parą bez zaworu synchronizującego, a także cieczą w postaci silnika hydraulicznego lub pompy .
Inne zalety to wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach obrotowych, skłonność do wodoru spalania i kompatybilność w photodetonation trybie (patrz poniżej) z Quasiturbine z wagonów, w którym wysoki stosunek powierzchnia / objętość stanowi problem łagodzenia czynnikiem gwałtowności wybuchu. W porównaniu dla wielu innowacyjnych propozycji w dziedzinie projektowania silników, Quasiturbine otwiera nowe pole do rozwoju, w szczególności w odniesieniu do fotodetonacji.
Główną wadą Quasiturbine jest wysoki poziom tarcia (co z kolei prowadzi do wewnętrznego zabrudzenia), co sprawiało, że do tej pory była ona całkowicie niekompatybilna z pracą w trybie termicznym - oraz konieczność dodawania zużytego oleju. Jak w silniku Wankla jest wykluczona, ponieważ jest niezgodny z najnowszymi przepisami dotyczącymi przeciwdziałania zanieczyszczeniom. Dlatego rozwiązaniem może być tylko operacja bezsmarowa , ale tylko ceramika na to pozwoli, a ta technika jest nie do pogodzenia z akceptowalnymi kosztami. Silnik Quasiturbine jest zwykle wykonany z aluminium i żeliwa , którego części rozszerzają się w różnym stopniu pod wpływem ciepła, co ma tendencję do powodowania wycieków. Podobny problem występuje w pierwszych prototypach silników Wankla, ale wynalezienie obróbki powierzchniowej Nikasil (nie) aluminium przez Mahle w latach 60-tych pomogło w wykonaniu wszystkich kawałków stopów aluminium, a tym samym rozwiązaniu problemu tarcia (które było minimalne w porównaniu z Quasiturbine) i różnicą dylatacji. Ale w Quasiturbine ciśnienie na ściany wzrasta wraz z ciśnieniem wybuchu, co stanowi ślepą uliczkę dla zwykłych materiałów.
Quasiturbine została wymyślona przez rodzinę czterech badaczy kierowanych przez D r Gilles Saint-Hilaire , fizyka termojądrowego. Pierwotnym celem było zaprojektowanie silnika turbodoładowanego, w którym turbina części sprężarki i turbina gorącej mocy znajdowałyby się w tej samej płaszczyźnie. W tym celu należało odłączyć łopatki od centralnego wału i połączyć je ze sobą jak łańcuch obracający się jak pojedynczy wirnik i działający przez ćwierć obrotu jako kompresor , a przez ćwierć obrotu jako silnik . Ogólna koncepcja Quasiturbine została opatentowana w 1996 roku . Do badań, szkoleń uniwersyteckich i demonstracji przemysłowych dostępne są małe jednostki pneumatyczne i parowe. Prototypy spalania są również przeznaczone do demonstracji.
Zdaniem projektantów wysoki stosunek mocy do masy Quasiturbine sprawia, że nadaje się ona szczególnie jako silnik lotniczy , a jej bardzo niska skłonność do generowania drgań sprzyja jej kilku zastosowaniom, takim jak: piła łańcuchowa, spadochron motorowy ( motoreduktor ) czy motocykl. . Odchylenia od podstawowej koncepcji Quasiturbine sprawiają, że nadaje się ona również do stosowania jako sprężarka powietrza i turbosprężarka. Pokazy silnika Quasiturbine zostały wykonane na pneumatycznym kart w 2004 roku na „Auto Pneumatique de APUQ” w 2005 roku, na „Brash Car pary” z University of Connecticut w 2010 roku, oraz innych produktów (w tym piłą łańcuchową i generatora ).
Fotodetonacja jest optymalnym sposobem spalania , takim jak wolumetryczne spalanie laserowe , tryb, którego sinusoidalny kształt impulsu silnika Wankla i tłoka nie jest w stanie łatwo utrzymać. W oleju napędowym spalanie jest kontrolowane przez zapłon termiczny; spalania w silniku tłoka paliwa jest kontrolowany przez czoło fali termicznej; uderzenie detonacji jest kontrolowane przez naddźwiękową falę uderzeniową; podczas gdy fotodetonacja jest spalaniem objętościowym kontrolowanym przez intensywne promieniowanie w komorze spalania. Ponieważ quasiturbine nie ma wału korbowego i może mieć wózki, impuls objętościowy może być ukształtowany zgodnie z małą literą kursywą „i”, z czasem trwania u góry piętnaście do trzydziestu razy krótszym niż impuls objętościowy. Wankel lub tłok i szybka liniowa rampa w górę iw dół. Ten rodzaj impulsu objętościowego automatycznie synchronizuje fotodetonację i zmniejsza obciążenie mechaniki poprzez skrócenie czasu trwania momentów wysokiego ciśnienia.
Według jej projektantów, Quasiturbine otworzyłaby drzwi do takiej maszyny przyszłości, która uczyniłaby koncepcje pojazdów hybrydowych przestarzałymi.
Celem Quasiturbine są klasyczne współczynniki wzmocnienia silnika, identyfikowane od dawna. Ponieważ tłok pracuje z silnikami czterosuwowymi w jednej komorze, upał niszczy wydajność zimna i odwrotnie; Z tego powodu silniki tłokowe rozdzielonego cyklu zapewniają wzrost wydajności o 30%, co w praktyce jest realizowane przez zimną strefę wlotu quasiturbiny znajdującą się naprzeciw strefy gorącej. Witryna Quasiturbine wymienia ponad trzydzieści sposobów na poprawę wydajności i czystości tłoka, a także Wankla.
Z drugiej strony siedem stopni swobody w konstrukcji quasiturbiny pozwala na ukształtowanie impulsu ciśnienia, na które mimośrodowy wał korbowy tłoka po prostu nie pozwala. Takie ukształtowanie umożliwia projektowanie silników o szybszych cyklach, kompatybilnych z detonacją, których eliminacja dekompresji dolotu pozwala na znaczny wzrost wydajności (w zastosowaniach samochodowych prawie połowa energii paliwa wykorzystywana jest do wytworzenia dekompresji dolotu ). Wydajność 200- konnego silnika benzynowego spada znacznie, gdy jest używany do wytwarzania tylko 20 KM z powodu wymaganego obniżenia ciśnienia w kolektorze dolotowym, które zmniejsza się wraz ze wzrostem mocy wytwarzanej przez silnik. Silnik fotodetonacyjny nie musi wytwarzać podciśnienia wlotowego, ponieważ przepuszcza całe możliwe powietrze i głównie z tego powodu jego sprawność pozostaje wysoka nawet przy małej mocy silnika. Rozwijający się tryb HCCI dla tłoka działa przy dolnym krańcowym progu detonacji, podczas gdy fotodetonacja jest prostą i pełną detonacją ze znacznie szybszymi cyklami ciśnienia niż tłok. Silnik fotodetonacyjny ma bardzo niski spadek wydajności przy małej mocy; będzie bardziej przyjazny dla środowiska i zadowoli się niskooktanową benzyną lub niskocetanowym olejem napędowym bez dodatków; będzie kompatybilny z wieloma paliwami, w tym z bezpośrednim spalaniem wodoru, oraz znacznie zmniejszy wagę, rozmiary, konserwację i koszt układu napędowego.
Jeśli chodzi o tryby pneumatyczne i parowe, Quasiturbine wykorzystuje koncepcje silnika wyporowego, upraszczając mechanikę i zwiększając szybkość sekwencji. Sprawność jest wtedy w niewielkim stopniu zależna od prędkości obrotowej i obciążenia, w przeciwieństwie do konwencjonalnych turbin. Już w 2009 roku Quasiturbine prekomercyjne wersje 600 cm 3 i 5 litrów przemieszczenia związane z wydajności konwersji, ciśnienie przepływu około 80%.
Taki jest właśnie cel koncepcji hybrydowej, polegającej na poprawie niskiej wydajności silników wolnoobrotowych. Innymi słowy, powodem powstania nowoczesnej koncepcji hybrydowej jest uniknięcie spadku wydajności przy niskim poborze mocy przez potężne silniki dzisiejszych pojazdów, zwykle używane przy średnim współczynniku obciążenia wynoszącym zaledwie 15%. Istnieje potencjał oszczędności paliwa w wysokości 50%, z czego połowę można odzyskać metodą hybrydową. Jednak zwiększenie wydajności w ten sposób wymaga dodatkowych elementów do magazynowania mocy i energii , z niekorzystnymi skutkami związanymi ze wzrostem wagi, miejsca, konserwacji, kosztów i procesów recyklingu środowiskowego. Silnik fotodetonacyjny może zapewnić bardziej bezpośredni sposób osiągnięcia co najmniej takiego samego rezultatu.
Nawet jeśli artykuł Quasiturbine of Saint-Hilaire recenzowany przez ich rówieśników z ASME i IGTI jest poważnym międzynarodowym uznaniem, główną wadą Quasiturbine pozostaje brak prawdziwej demonstracji poza prototypami wyszkolonymi za pomocą sprężonego powietrza lub pary, jak donosi Scholar Papers. Dlatego wykonalność koncepcji jako silnika spalinowego pozostaje do udowodnienia w praktyce.
Pojęcie fotodetonacji jest często kwestionowane, nawet jeśli istnieją publikacje dotyczące fotozapłonu i kilka innych, rzadkich, bezpośrednio związanych z fotodetonacją.
Jednocześnie silnik Wankla , którego praca jest pozornie zbliżona (choć inna) nie odniosła spodziewanego sukcesu przemysłowego, ze względu na mniejszą oszczędność paliwa niż tradycyjne silniki tłokowe oraz trudności technologiczne związane z uszczelnieniami wirnika, które skracają jego żywotność. .
